Образование сварочной дуги.

Сварочной дугой называют стойкий разряд электричества в ионизованной смеси газов и испарения материалов, применяемых при сварке. Дуга характеризуется значительной плотностью тока, а также высокой температурой и мощным свечением. Появление сварочной дуги осуществляется в несколько этапов.

Процессы, идущие в сварочной дуге. Дуга появляется во время прохождения электричества через газ. Любой вид газа при комнатной температуре с нормальным давлением включает в себя электрические нейтральные молекулы и является изолятором, так как в нем отсутствуют носители тока заряженных электричеством частиц. Для формирования и поддержки горения дуги нужно иметь в проеме между электродом электрически активные отрицательные частицы — электроны, и положительные — ионы.

Процесс появления электронов и ионов называют ионизацией, а газ, который содержит электроны и ионы, называют ионизированным. Ионизация дугового промежутка появляется при зажигании дуги под воздействием эмиссии некоторых электронов с катода и постоянно поддерживается в ходе горения. Эмиссия это появление проводимых электронов. В дуге происходит еще и рекомбинация-объединение отрицательных видов электронов, а так же положительных ионов в атомы нейтрального характера.

Сварная дуга характеризуется так называемой плотностью тока. Плотность тока это величина численно одинаковая отношению силы электрического тока к месту поперечного сечения проводника.

Устройство сварной дуги. Ионизированный газ скапливается в небольшом объеме. Однако и в этом маленьком пространстве можно разделить три области, две из которых катодные и третья анодная. В этих областях, как правило, наблюдается существенное падение напряжения.

Вольт-амперные свойства сварочной дуги.

Зависимость дугового напряжения при неизменной ее длине от силы сварного тока именуют вольт-амперной характеристикой. В этой характеристике выделяют три зоны (области). Ей соответствует спадающая характеристика, так как с увеличением тока возрастает объем разогретого газа (возрастает область сечения дугового столба) и уровень его ионизации, электропроводимость дуги при этом увеличивается, а сопротивление столба наоборот уменьшается. В следствии снижается необходимое для поддержки дугового разряда напряжение. Сварная дуга, которая имеет спадающую вольт-амперную характеристику, имеет слабую устойчивость.

Во второй области при последующем увеличении тока дуговой столб немного сжимается и газы, что участвует в переносе зарядов, значительно уменьшаются. Это приводит к снижению скорости появления заряженных частиц. Дуговое напряжение делается почти независящим от тока.

Спадающая и жесткая характеристики отвечают ручной дуговой сварке электродами с покрытием, а также сварке неплавящимся видом электродов в защитных газах.

Третья область является областью больших токов, и уровень ионизации здесь довольно высок. С повышением силы тока происходит усиленное сжатие столба дуги, при этом его напряжение усиливается, а вольт-амперная характеристика делается возрастающей. Подобная характеристика соответствует дуговой ручной сварке под флюсом, а так же при сварке металлов в защитных газах тоненькой проволокой токами высокой плотности. С ростом длины дуги ее напряженность возрастает и кривая вольт-амперной характеристики у дуги поднимается, при этом сохраняя свою форму.

Классифицирование сварочной дуги.

По подсоединению к питательному источнику сварочную дугу разделяют: прямого воздействия, непрямого воздействия и комбинированного. При сварной дуге прямого воздействия дуговой разряд возникает между электродом и деталью. Применяется при дуговой сварке электродом с покрытием, при выполнении сварки не расплавляющимся электродом в защищающих газах, при сварке обычным плавящимся типом электрода под флюсом или в защищающих газах. При косвенной дуге разряд возникает между двух электродов. Она применяется при специфических типах сварки, а также атомно-водородной сварке и наплавлении.

При комбинированной дуге 2 разряда появляются между электродами и деталью, а 3-ий меж электродами. Применяется, к примеру, для сварки спиралешовных труб на специальных станках автоматического сваривания под флюсом.

По уровню сжатия дуга бывает свободная или сжатая, по полярности постоянного типа тока бывает прямой или обратной полярности. Прямая полярность это та полярность, при какой электрод примыкает к отрицательному полюсу питательного источника дуги, а подлежащий сварке объект к положительному. Обратной полярностью называют ту полярность, при какой электрод примыкает к положительному полюсу питательного источника дуги, а деталь подлежащая сварке к отрицательному. Температура на поверхности у металла при обратной полярности ниже, следовательно, эту полярность применяют, к примеру, для сварки тонких металлов или высоколегированных сталей. По протяженности дуга бывает короткой, нормальной и длинной. Длинной дуги называется расстояние промеж торца электрода и поверхности расплавленного металла изделия. Для стандартного стального электрода такая длина не должна быть выше 3−4 миллиметров. Эта дуга именуется короткой, она горит весьма стабильно и обеспечивает устойчивый процесс сварки.

Стабильное горение дуги.

Стойкой является дуга, которая горит равномерно и без произвольных обрывов, вынуждающих повторного зажигания. В случае если горение дуги неравномерное, постоянно рвется и гаснет, то ее называют неустойчивой. Устойчивость дуги находится в зависимости от целого ряда причин, главные из которых это род тока, структура покрытия электрода и его тип, полярность и размер дуги. Если ток переменный, то дуга горит в меньшей степени стабильно, чем при постоянном токе. Это объясняется тем фактором, что в то время, когда ток опускается до нулевой отметки, ионизация дугового промежутка минимизируется, в результате чего дуга может погаснуть.

Чтобы повысить устойчивость дуги в покрытие электродов добавляют специальные элементы наподобие калия и натрия, которые увеличивают уровень ионизации и как следствие повышают стабильность горения сварочной дуги.

Сварную дугу можно вызвать без прикосновения электрода свариваемого изделия. Чтобы это сделать надо в сварочную цепочку параллельно подключить ток высокого напряжения с высокой частотой (осциллятор). При этом чтоб вызвать дугу достаточно приблизить кончик электрода к поверхности заготовки на расстояние около 3 миллиметров.

Тепловые характеристики дуги. Самыми значимыми для сварочного процесса являются тепловые особенности дуги. Тепловые возможности измеряют ее тепловой мощностью. Дуговая мощность зависит от силы сварного тока и напряжения. Теплота, что выделяется сварочной дугой не полностью уходит в сварной шов. Некоторая ее часть теряется при нагреве окружающей среды, расплавлении покрытия электрода или флюса, угаре, брызги металла, излучение света и т.п. Мощь дуги, уходящая на нагревание и расплавление главного и присадочного металла, называется эффективной тепловой мощностью.www.vsedlyadoma.org